JPH0150445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排煙脱硝装置に関する。特に、火力発
電などに用いられるガスタービンの排気ガスの脱
硝を行う排煙脱硝装置に関する。

この種のものは、ガスタービンのみにより発電
を行うプラントや、あるいはガスタービンの排気
ガスを熱回収ボイラにて熱回収してスチームター
ビンを駆動し、エネルギの有効利用を図つている
いわゆるコンバインド発電方式のプラントなどに
おいて、そのガスタービン排気からの排煙脱硝を
行うのに用いられる。

ところが従来技術にあつては、脱硝が不完全だ
つたり、逆に脱硝のために用いる脱硝液等が未反
応のまま排出されたりして、環境対策上不十分で
あるという問題が残つている。かつ、脱硝液等に
十分な脱硝作用を果たさせるためにはその注入に
ついて十分な調整を要し、これに多大の労力や時
間を要しているのが現状である。

以下このような従来技術の問題点について、コ
ンバイド方式の発電プラントにおける従来装置を
例にとつて一層詳しく説明する。

第１図に示す従来例において、図示の如くガス
タービンの圧縮機１で加圧された空気は一旦燃焼
器２内で燃焼されて高圧高温のガスとなり、この
時燃焼に起因する窒素酸化物（以下NOxと記す）
を含むまま、ガスタービン３に入る。（なお、水
等で冷却して燃焼器２内の火炎の温度を下げて
NOx発生を阻止する技術もあるが、タービン効
率が低下するので、本発明はその技術は採らな
い）。タービン３において燃焼ガスは仕事をする
が、ガス成分は不変のまま、排ガスダクト５を経
てボイラ６に入る。ボイラ６で排気ガスは熱回収
され、つまり排熱で水蒸気を発生し、この水蒸気
はスチームタービンの駆動に用いられることにな
る。更に排気ガスは煙突７より大気へ放出され
る。４は発電機である。

脱硝は通常第２図に示す如く、ボイラ６内の適
当な温度領域（触媒の活性が最高になる温度領
域）に符号８で示す如く設置された触媒の作用に
よつてなされる。即ちこの触媒８によりNOxは
気相還元され、窒素ガス（N₂）として大気へ放
出される。その際、還元剤として通常アンモニア
ガス（乃至は霧状のアンモニア水。以下NH₃と
記す）が触媒８の上流より注入される。この注入
は、NH₃用注入管９及び同管９に設けられた注
入ノズル１０を経て、ボイラ６内に行われる。注
入管９は通常、複数個がボイラ６内に設置される
が、その数はボイラ６のダクトの寸法、NOx量
等よつて決定される。

第３図はボイラダクト６′内に設置されたNH₃
注入管９の状況を示す。この図はボイラダクト
６′に対し注入管９を垂直に配列した状況を示し
たもので、NH₃は同注入管９に設けられたNH₃
用の注入ノズル１０より噴出し、排ガスと混合し
て触媒層８に至る。なお、排ガスの成分と脱硝率
等の関係から、注入管９は数列に及ぶ場合もあり
得る。

このような脱硝装置において脱硝性能上最も重
要なことは、ボイラダクト６′中におけるNH₃の
濃度が、ダクト６′の断面のすべての部分におい
て均一に拡散した、均一濃度で触媒層８に流入す
るよう配慮することである。

これが満たされない場合は、 (1) 触媒における脱硝性能が不十分のため、
NOxの還元モル数が低下する。

……（NH₃が少ない場合） (2) 還元は十分に行なわれるが、触媒出口におい
てHN₃混入のまま排ガスが大気へ放出される。

……（HN₃過剰の場合） 等の問題が発生し、環境対策としては不十分であ
る。

しかも一般にダクトが大型化する程ダクト内の
速度分布とその方向は均一性を欠く場合が多いの
で、上記問題点が助長される傾向は大となる。こ
の対策として、従来はダクト内の流速分布とその
方向を計測し、それに見合つた注入管９の配列と
ノズル１０の設定を行ない、下流でNH₃濃度を
測定しつつ微調整を行つてNH₃濃度を均一化し
ていた。しかしながら実際上はダクト寸法は数ｍ
に及ぶ大型ダクトであり、かつ温度も300℃を超
える高温であるため、測定自体も容易でなく更に
それに基づく濃度均一化の調整にも多大の労力と
時間を要しているのが現状である。

本発明は上記欠点を解消した、簡単な構造で均
一なNH₃濃度を、ダクト内流速やその方向等の
測定によらずに容易に達成し得るようにして、完
全な脱硝を行い、かつ脱硝用NH₃もそのまま放
出されることのない排煙脱硝装置を提供せんとす
るものである。

この目的の達成のため本発明においては、アン
モニア注入ノズルを具備して、これによりアンモ
ニアを有効主成分とする脱硝液を排気ガス中に注
入する注入管には、その軸方向に仕切り板を設け
て前記注入ノズルをこの仕切り板に対して対称に
位置させ、かつ該注入管は回転可能に設けてその
注入ノズルの出射方向を任意に設定可能な構成と
する。

以下図面を参照して本発明の一実施例について
説明する。

本例の排煙脱硝装置は、第４図の如く、アンモ
ニアを主たる有効成分とする脱硝液（アンモニア
水など）を排気ガスＧ中に注入するための注入管
９を設け、該注入管９はアンモニア注入ノズル１
０を複数個有するとともに、該注入管９は第５図
及び第６図に示す如く軸方向に仕切り板１１を設
けて、注入ノズル１０はこの仕切り板１１に対し
て対称に位置させて構成する。更に注入管９は第
４図の矢印Ａの如く回転可能にして、その注入ノ
ズル１０の出射方向を任意に設定可能な構成とす
る。

このように構成すると、排気ガスＧの流れ方向
と仕切り板１１とを平行な位置関係とすることが
でき、各注入ノズル１０からの出射量を排気ガス
Ｇの流れ量に応じたものにすることができる。例
えば第７図の例では、仕切り板１１は注入管９を
半分に仕切るものであり、注入ノズル１０は該仕
切り板１１に関して対向して１対形成してある
が、仕切り板１１に仕切られた各部分の圧力P₁，
P₂がP₁＝P₂となることから、双方のノズル１０
からの出射量は等しく、かつ流れに比例したもの
となり、均一な噴射が可能となる。よつて特に流
速を測定しなくとも、常に流速に応じた液出射が
なされるため、この構成だけで、NH₃濃度の均
一化を達成できる。

即ちこの効果を、本例に即して更に詳しく説明
すれば以下のとおりである。

まず、本実施例の具体的な構成について、詳し
く説明すると次の如くである。即ち上記において
も述べた如く、本例のNH₃注入管９はその中央
において軸方向に仕切板１１を設け断面積を２分
する。そして２分された各空間同士の連通はない
よう仕切板１１と注入管９の接続部を加工する。
そしてNH₃ノズル１０は仕切板１１に垂直な直
径上に近い位置に、かつ仕切り板１１について対
称に設置する。当然のことながらノズルは軸方向
に沿い、ある所定のピツチで複数個設けられる。

このような注入管９は排気ガス以降の適宜個所
に設けるが、本例ではこの注入管はボイラダクト
に設定する。この場合は、仕切板１１をほぼ流れ
方向と平行になるよう設定する。設定方法は、２
分された各室の圧力を水柱マノメータ等で計測
し、第７図に示す如くP₁＝P₂になるよう注入管
を回転させた後、シール５を介して固定する。こ
の流れの方向は当然のことながらダクト内の各注
入管でそれぞれ異なるので、各注入管について同
様の操作を行なう必要がある。しかし作業として
はきわめて簡単であり、時間と労力は僅少であ
る。

上述のように構成すると、上記仕切板１１と対
称に設けられたNH₃ノズル１０から噴出する
NH₃量は、次のような理由で、各ノズル１０近
傍のダクト内流速に比例する量が噴出される。こ
の結果、NH₃濃度分布は断面においてほぼ均一
となる。

この理由は、以下説明するとおりである。即ち
第８図に示す如く、円筒上流の流体の流速をＶ
（圧力をP₀）とする時、中心角θとなる円柱壁面
上の圧力Ｐは一般に次式で表わせる。

（Ｐ−P₀）／ρ／２V²＝１−4sin²θ ∴Ｐ＝P₀＋ρ／２V²（１−4sin²θ） （ここに、ρは流体密度である。） いま、注入管におけるNH₃ガスの圧力をＰと
すればノズルからの噴出NH₃量（Ｑ）は （ここに、Ａはノズル断面積である。） いま、Ｐ−P₀＝ΔP＝αρ／２V²とすれば となり１個のノズルから噴出するNH₃量をＶす
なわち、各ノズル近傍の上流速度に比例させるこ
とができる（αは定数である）。この時、注入管
内におけるNH₃ガス圧力をＰ＝P₀＋αρ／２V²なる 如く選べばよく、αはノズル断面積Ａとの関連か
ら脱硝率、流出NH₃濃度の制限等を勘案して決
定すべき性質のものである。なお、ノズル位置を
表示する第８図のθの値としては90゜付近がΔPが
最も大きくなるので、そのように構成した第５
図、第６図の如き例が最適である。また、注入管
９を円筒形にて形成する場合、円柱表面に沿う流
速が最大となるのもこのθ＝90゜近傍であるから、
このように構成すると周囲への注入液の拡散が促
進され、触媒層８までの距離を短くできるという
利点につながる。

しかしながら、90゜付近に形成しなくても、仕
切り板１１について対称にしさえすれば、ノズル
１０からの流出は排ガス流速に比例することにな
るので、均一濃度にするという基本的な目的は達
成されるし、ノズルを１対ではなく、一つの周に
ついて更に多数形成する場合には必ずしもθ＝
90゜でない方がよいことも考えられる。

また、上記構成では仕切り板１１を設けた結
果、注入管９の強度も大きくなり、強度補強の観
点からも有効である。

なお、上記例は注入管９をボイラダクト６′に
設けてここで脱硝を行わせるようにしたが、排ガ
スダクト５に注入管９を設置して、ここで脱硝を
行わせてもよい。コンバインドプラントではな
く、単独のガスタービンを用いるプラントでは、
排ガスはボイラ６に導かれることなく直接排出さ
れるので、その場合には結局このように排ガスダ
クト５で脱硝を行うことになる。

また、上記例は触媒８を用いて構成したが、本
発明は触媒８を使用しない態様でも用い得ること
は勿論である。

上述の如く、本発明の排煙脱硝装置は、アンモ
ニア注入ノズルを有する注入管には軸方向に仕切
り板を設けて、注入ノズルをこの仕切り板に対し
て対称に位置させ、かつ該注入管は回転可能に設
けてその注入ノズルの出射方向を任意に設定可能
な構成としたことを特徴とするものなので、該設
定により、ダクト内流速やその方向等に依存する
ことなく、その出射方向設定だけで、装置内のア
ンモニア濃度を均一化できるので、きわめて容易
にしかも確実な脱硝を達成でき、しかもその結果
脱硝用アンモニアなどがそのまま放出されること
が防がれ、強度上も有利であるという効果を有す
るものである。

なお、当然のことではあるが、本発明は図示の
実施例にのみ限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なコンバインドサイクル発電装
置の構成を示す系統図である。第２図及び第３図
は従来技術を示すもので、第２図はその脱硝装置
の概略図、第３図は該脱硝装置の詳細構造を示す
内部構成斜視図である。第４図は本発明の一実施
例の脱硝装置の内部構成斜視図、第５図はその注
入管の断面図、第６図は同じくその注入管の斜視
図である。第７図及び第８図は該実施例の作用を
示すための作用説明図である。 ３…ガスタービン、５…排煙ダクト、６…ボイ
ラ、８…脱硝触媒、９…注入管、１０…注入ノズ
ル、１１…仕切り板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガスタービンのガス燃焼後の排気ガスの脱硝
   を行う排煙脱硝装置において、アンモニアを有効
   主成分とする脱硝液を排気ガス中に注入する注入
   管を設け、該注入管はアンモニア注入ノズルを複
   数個有するとともに、該注入管には軸方向に仕切
   り板を設けて前記注入ノズルをこの仕切り板に対
   して対称に位置させ、かつ該注入管は回転可能に
   設けてその注入ノズルの出射方向を任意に設定可
   能な構成としたことを特徴とする排煙脱硝装置。 ２ 前記排気ガスは熱回収されてスチームタービ
   ンの駆動に用いられるものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の排煙脱硝装置。 ３ 前記注入管は排煙ダクトに装着されるととも
   に、該排煙ダクトは脱硝触媒を具備し、前記注入
   ノズルは該脱硝触媒の上流から排煙中にアンモニ
   アを注入するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の排煙脱硝装
   置。 ４ 前記注入管は排煙ダクトまたは排煙ダクト後
   続のボイラに装着されるとともに、該排煙ダクト
   またはボイラは脱硝触媒を具備し、前記注入ノズ
   ルは該脱硝触媒の上流から排煙中にアンモニアを
   注入するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の排煙脱硝装置。 ５ 注入管は円筒もしくはそれに近い形状のもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第４項のいずれかに記載の排煙脱硝装置。 ６ 仕切り板は、注入管をその断面の面積を等分
   する位置で設置されたものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに
   記載の排煙脱硝装置。